La tendencia actual en el diseño de terminales móviles es la de integrar la mayor funcionalidad posible dentro de un mismo circuito integrado. Lo que nos lleva a que funciones que tradicionalmente se desarrollaban con dispositivos discretos, pasen a ser implementadas directamente en el mismo dado de silicio con el resto de los bloques funcionales del transmisor/receptor.
Una de estas funcionalidades son los switches (conmutadores) empleados en los transmisores/receptores que comparten la antena de emisión/recepción.
Los switches de RF se pueden implementar con dispositivos electromecánicos (relés) o por conmutadores de estado sólido. En este trabajo se estudia la implementación con tecnología CMOS de 90nm.
Inhaltsverzeichnis (Tabla de contenidos)
- Capítulo 1: Introducción
- 1.1 Introducción
- 1.2 Características de los Switches
- 1.3 Implementación de Switches
- 1.4 Topologías de Switches
- 1.4.1 Topología Serie T/R Switch SPDT
- 1.4.2 Topología Serie-Paralelo T/R Switch SPDT
- 1.4.3 Topología Asimétrica
- 1.4.4 Topología Diferencial
- 1.4.5 Resumen de las Características de las Topologías de Switches
- 1.5 Switches con Transistores MOS
- 1.5.1 Transistor Bulk NMOS
- 1.5.2 Transistor nMOS Triple Well
- 1.6 Técnicas Empleadas en Switches T/R
- 1.6.1 Optimización de las Dimensiones de los Dispositivos
- 1.6.2 Reducción de Is Mediante Transistores Asimétricos
- 1.6.3 Minimización o Maximización de la Resistencia del Substrato
- 1.6.4 Cuerpo Flotante (Body Floating)
- 1.6.4.1 Transistores nMOS Bulk. Usando LC-tuned body
- 1.6.4.2 Transistores nMOS triple well
- Capítulo 2: Definición de Parámetros
- 2.1 Pérdidas de Inserción
- 2.2 Pérdidas de Aislamiento
- 2.3 Linealidad
- 2.4 Punto de compresión 1 dB
- 2.5 Intermodulación
- 2.6 Figura de Ruido
- 2.7 Excursión de la Tensión de Salida
- 2.8 Velocidad de Conmutación
- Capítulo 3: Modelado de Dispositivos Integrados 90nm
- 3.1 Modelado de Transistores MOS
- 3.1.1 Determinación de Redes Completas
- 3.1.2 Determinación de Estructuras RC
- 3.2 Determinación de Modelos de los Transitores de RF
- 3.2.1 Switch nMOS bulk en Serie (snb)
- 3.2.2 Switch nMOS Triple Well en Serie (snt)
- 3.2.3 Switch pMOS en Serie (sp1)
- 3.2.4 Switch pMOS en Serie (sp4)
- 3.2.5 Switch CMOS (nMOS bulk) en Serie (scb)
- 3.2.6 Switch CMOS (nMOS triple Well) en Serie (sct)
- 3.3 Extracción de Parámetros de Switches en Serie
- 3.3.1 Switch On
- 3.3.2 Switch Off
- 3.4 Extracción de Parámetros de Switches en Paralelo
- 3.4.1 Switch On
- 3.4.2 Switch Off
- 3.6 Modelado de Resistencias de Polisilicio
- 3.7 Modelado de Condensadores MIMS
- Capítulo 4: Modelado de Switches
- 4.1 Switch entre dos Puertos
- 4.1.1 Pérdidas de Inserción
- 4.1.2 Pérdidas de Aislamiento
- 4.2 Switch con Transistor nMOS bulk
- 4.2.1 Pérdidas de Inserción
- 4.2.2 Pérdidas de Aislamiento
- 4.2.3 Puerta Flotante
- 4.2.4 Pérdidas de Inserción con transistor nMOS Bulk Simplificado
- 4.3 Switch con Transistor nMOS Triple well
- 4.3.1 Pérdidas de Inserción
- 4.3.2 Pérdidas de Aislamiento
- 4.4 T/R Switch Ideal
- 4.4.1 Pérdidas de Inserción
- 4.4.2 Pérdida de Aislamiento
- 4.4.3 Problema de Diseño
- 4.5 T/R Switch con Transistores nMOS bulk
- 4.5.1 Pérdidas de Inserción
- 4.5.2 Pérdidas de Aislamiento
- 4.6 T/R Switch Serie-Paralelo Ideal
- 4.6.1 Pérdidas de Inserción
- 4.6.2 Pérdidas de Aislamiento
- 4.7 T/R Switch Asimétrico
- 4.8 T/R/LB Switch Ideal
- 4.8.1 Modo de Funcionamiento Transmisión (TX)
- 4.8.2 Modo de funcionamiento Recepción (RX)
- 4.8.3 Modo de Funcionamiento (LB_test)
- 4.8.4 Modo de Funcionamiento En espera
- 4.8.5 T/R/LB simétrico
- 4.9 Diseño T/R/LB Ideal
- 4.10 T/R/LB con Transistores MOS triple well
- Capítulo 5: Diseño de Switches
- 5.1 Especificaciones de Diseño
- 5.2 Señales de Control
- 5.2.1 Modo de Funcionamiento RX
- 5.2.2 Modo de Funcionamiento TX
- 5.2.3 Modo de Funcionamiento Bucle de Prueba LB test
- 5.3 Topologías de Switches Diseñadas
- 5.4 Topología Serie-Paralelo con Transitores nMOS bulk (snbcm)
- 5.4.1 Dimensionado y Polarización del Transistor nMOS bulk
- 5.4.2 Modo de Funcionamiento TX
- 5.4.3 Modo de Funcionamiento RX
- 5.5 Topología Serie con transitores nMOS bulk (snbcms)
- 5.5.1 Dimensionado y Polarización del Transistor nMOS bulk
- 5.5.2 Modo de Funcionamiento TX
- 5.5.3 Modo de Funcionamiento RX
- 5.6 Topología Serie-Paralelo nMOS bulk (snbcmis)
- 5.6.1 Dimensionado y Polarización del Transistor nMOS bulk
- 5.6.2 Modo de Funcionamiento TX
- 5.6.3 Modo de Funcionamiento RX
- 5.7 Serie-Paralelo con transistores nMOS triple well (sntcm)
- 5.7.1 Dimensionado y Polarización del Transistor nMOS Triple Well
- 5.7.2 Modo de Funcionamiento TX
- 5.7.3 Modo de Funcionamiento RX
- 5.8 Serie con Transistores nMOS triple well (sntcms)
- 5.8.1 Modo de Funcionamiento TX
- 5.8.2 Modo de Funcionamiento RX
- 5.9 Serie-Paralelo con Transistores CMOS, nMOS bulk (scbcm)
- 5.9.1 Modo de Funcionamiento TX
- 5.9.2 Modo de Funcionamiento RX
- 5.10. Serie con CMOS nMOS bulk (scbcms)
Zielsetzung und Themenschwerpunkte (Objetivos y Temas Clave)
Este trabajo fin de máster se centra en el diseño de switches para aplicaciones de RF. El objetivo principal es desarrollar un modelo preciso para la simulación de switches de RF basados en transistores MOS, con el fin de optimizar su rendimiento y diseño.
- Modelado de switches de RF basados en transistores MOS.
- Análisis de diferentes topologías de switches de RF.
- Optimización del rendimiento de los switches de RF mediante el diseño de parámetros clave.
- Comparación de diferentes tecnologías de transistores MOS para la implementación de switches de RF.
- Estudio de las características de los switches de RF en diferentes condiciones de operación.
Zusammenfassung der Kapitel (Resumen de Capítulos)
El primer capítulo del trabajo presenta una introducción a los switches de RF, incluyendo sus características, implementación y topologías. También se describe la tecnología de transistores MOS y las técnicas empleadas para la optimización de los switches de RF. El segundo capítulo define los parámetros clave para la evaluación del rendimiento de los switches de RF, como las pérdidas de inserción, las pérdidas de aislamiento, la linealidad, el punto de compresión 1 dB, la intermodulación, la figura de ruido, la excursión de la tensión de salida y la velocidad de conmutación.
El tercer capítulo se centra en el modelado de dispositivos integrados de 90 nm, incluyendo el modelado de transistores MOS y la extracción de parámetros de switches en serie y en paralelo. El cuarto capítulo describe el modelado de switches de RF, incluyendo el análisis de las pérdidas de inserción y aislamiento, la implementación de diferentes topologías de switches y la comparación de los resultados obtenidos. Finalmente, el quinto capítulo presenta el diseño de switches de RF, incluyendo la especificación de los requisitos de diseño, la selección de las topologías óptimas y la simulación de su rendimiento.
Schlüsselwörter (Palabras Clave)
Switches de RF, transistores MOS, modelado, diseño, optimización, rendimiento, topologías, pérdidas de inserción, pérdidas de aislamiento, linealidad, punto de compresión 1 dB, intermodulación, figura de ruido, excursión de la tensión de salida, velocidad de conmutación, tecnología de 90 nm.
- Quote paper
- Gerardo Gonzalez (Author), 2013, Diseño de Switches para Aplicaciones de RF, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/419459
